Quali sono le cause del guasto e della combustione del trasformatore di tensione GIS a 35 kV?

1. Panoramica dell'incidente
1.1 Struttura e connessione del trasformatore di tensione (TV) dello switchgear GIS a 35kV

Lo switchgear a doppio bus con isolamento a gas ZX2, prodotto nel marzo 2011 e messo in servizio ufficialmente nel luglio 2012, è configurato con due gruppi di TV per sezione di bus. I due gruppi di TV della stessa sezione di bus sono progettati in un singolo armadio con una larghezza di 600 mm. I TV trifase sono disposti in formazione triangolare nella parte inferiore dell'armadio.

I TV sono collegati ai disconnettori nella camera del bus dello switchgear TV tramite cavi brevi. I disconnettori sono collegati al bus trifase attraverso contatti mobili nella camera del bus completamente chiusa con SF₆. La struttura del bus completamente chiuso riduce il tasso di guasti, e il bus non è dotato di protezione dedicata. I guasti del bus vengono eliminati attraverso la protezione di riserva dell'interruttore di alimentazione in entrata.

1.2 Modalità di funzionamento prima del bruciamento

Prima dell'incidente, la rete elettrica operava come segue:

• Sistema a 220kV: le linee Qiaoshi e Huishi erano in parallelo con l'interruttore di collegamento del bus chiuso.

• Carico dei trasformatori principali: il trasformatore principale n.1 portava 47 MW, e il n.2 portava 14 MW.

• Sistema a 35kV: l'unità A operava con doppio bus in funzionamento separato. Il generatore n.2, che portava 30,5 MW, era connesso al Bus II dell'unità A tramite il Bus 1 dell'unità E, gli switchgears di interconnessione ad olio caldo 361 e 367, e operava in parallelo con il trasformatore principale n.2.

1.3 Processo dell'incidente

• Precursore del guasto

• A partire dalle 15:11:20.393 del 19 aprile, il dispositivo di protezione dell'interruttore 367 dell'unità E (unità di bus per i generatori 1 e 2) ha emesso ripetutamente allarmi di disconnessione del TV, che venivano occasionalmente resettati.

• Bruciamento dell'equipaggiamento

• Alle 15:12:59, è stato osservato fumo e arco elettrico nell'armadio TV del Bus 1 dell'unità E. La protezione di sovratensione zero sequenza degli interruttori 361 e 367 è stata attivata, azionando entrambi gli interruttori.

• Ispezione sul posto

• La porta dell'armadio era esplosa. Il TV della fase A era gravemente bruciato, e la presa della fase B era fratturata. L'equipaggiamento interno era bruciato.

• I cavi secondari dell'armadio limitatore di sovratensione adiacente erano danneggiati. Le prove di pressione e isolamento della camera del bus erano normali.

2. Analisi delle cause
2.1 Difetti di qualità e installazione dell'equipaggiamento

• Problemi di progettazione e fabbricazione

• Processo di verniciatura isolante povero che causa scariche parziali.

• Laminazione sciolta dei nuclei di ferro che causa riscaldamento da corrente indotta.

• Avvolgimento irregolare delle spire che aumenta il rischio di cortocircuiti tra spire.

• Difetti di installazione e manutenzione

• Saldatura povera dei viti di terra che aumenta la resistenza di contatto.

• Deformazione dei nuclei di ferro durante il trasporto/installazione.

• Stress trasversale dai cavi brevi che causa crepe nell'epossidica nel tempo.

2.2 Condizioni operative anomale

• Guasti nel circuito secondario

• Sovraccarico nel circuito secondario dovuto a troppi anelli in parallelo, risultando in un aumento della generazione di calore secondo \(Q = I^2rt\).

• Cortocircuiti secondari che innescano impennate di corrente primaria e surriscaldamento.

• Sovratensione del sistema

• Ferroresonanza causata da operazioni di commutazione o messa a terra con arco, generando sovratensioni fino a 2,5 volte il valore nominale.

• Distorsione della forma d'onda che accelera l'invecchiamento dell'isolamento.

• Discrepanza trifase

• Alto contenuto armonico (principalmente armoniche dispari) che causa squilibrio di impedenza.

• Corrente di spostamento del punto neutro che causa surriscaldamento nel circuito zero sequenza.

2.3 Analisi di smontaggio del produttore

• Posizione del guasto

• Crepe nell'epossidica al foro di montaggio del flangia del TV della fase A hanno causato un terreno intermittente.

• Rottura meccanica della presa della fase B ha innescato un cortocircuito tra fasi.

• Analisi dello stress

• Connessioni di cavo non flessibili hanno generato stress trasversale concentrato nei fori del flangia.

• Progressione del guasto: terreno intermittente → ablasione del rivestimento di alluminio → reset del guasto → rottura finale.

3. Piano di retrofit
3.1 Ottimizzazione del monitoraggio dell'equipaggiamento

• Implementare il monitoraggio online delle scariche parziali per gli switchgear GIS dello stesso modello e stabilire dati di base.

• Eseguire test periodici di resistenza isolante con una soglia di 200 MΩ.

3.2 Miglioramento del progetto strutturale

• Espansione dell'armadio: aumentare la larghezza dell'armadio da 600 mm a 800 mm per migliorare la dissipazione del calore.

• Aggiornamento delle connessioni: sostituire i cavi brevi con connessioni dirette per ridurre lo stress.

• Progettazione modulare: adottare TV e limitatori di sovratensione a inserimento rapido per minimizzare il tempo di manutenzione.

3.3 Potenziamento del sistema di protezione

• Aggiungere interruttori dedicati per gli switchgear TV con protezione contro sovratensione e sovratensione.

• Installare dispositivi di protezione dedicati per il bus per l'isolamento rapido dei guasti.

• Ottimizzare la progettazione del circuito zero sequenza per ridurre il rischio di risonanza.

3.4 Adattamento della strategia di operazione e manutenzione

• Stabilire registri di gestione del ciclo di vita completo per l'equipaggiamento, documentando i dati di installazione e manutenzione.

• Eseguire test trimestrali del contenuto di umidità di SF₆ con una soglia ≤300 ppm.

• Eseguire test annuali delle caratteristiche volt-ampere del TV per confronto con i dati di fabbrica.

4. Lezioni apprese e misure preventive
4.1 Lezioni chiave

• Difetto di progettazione: la collocazione dei TV ha aumentato il rischio di propagazione del guasto.

• Mancanza di manutenzione: non è stato rilevato il danno cumulativo da stress.

• Carenze di protezione: la dipendenza dalla protezione di riserva ha ritardato l'eliminazione del guasto.

4.2 Misure preventive

• Rafforzare la supervisione della produzione dell'equipaggiamento, concentrandosi sui processi di isolamento e sull'integrità strutturale.

• Promuovere la manutenzione basata sullo stato utilizzando il monitoraggio delle vibrazioni per valutare i livelli di stress.

• Revisionare le specifiche di progettazione per richiedere connessioni flessibili tra i TV e i bus.

• Conduci